JP3470622B2 - Nitride semiconductor light emitting device - Google Patents

Nitride semiconductor light emitting device

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JP3470622B2 JP32863198A JP32863198A JP3470622B2 JP 3470622 B2 JP3470622 B2 JP 3470622B2 JP 32863198 A JP32863198 A JP 32863198A JP 32863198 A JP32863198 A JP 32863198A JP 3470622 B2 JP3470622 B2 JP 3470622B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は窒化物半導体を利用
したより長波長が発光可能な発光素子に係わり、特に信
頼性高く長波長を高輝度に発光可能な発光素子に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting device using a nitride semiconductor and capable of emitting longer wavelength light, and more particularly to a light emitting device which is highly reliable and capable of emitting long wavelength light with high brightness.

【0002】[0002]

【従来技術】今日、発光素子の材料として紫外から赤色
まで高輝度に発光可能な半導体材料として窒化物半導体
を利用した発光素子が挙げられる。特に、紫外線が発光
可能な発光素子、1000mcd以上にも及ぶ超高輝度
に発光可能な青色、青緑色、緑色などが発光可能な発光
素子が開発されフルカラーやマルチカラーのLEDディ
スプレイなどとして利用され始めている。現在のところ
窒化物半導体を利用してより長波長な黄色や赤色などを
高輝度に発光する発光素子を形成することが極めて難し
いため、GaP、AlGaInP、GaAsPなどを発
光層の材料とする赤色や黄色が高輝度に発光可能な発光
素子と合わせてフルカラーディスプレイなどを実現して
いるのが現状である。
2. Description of the Related Art Today, there is a light emitting element using a nitride semiconductor as a semiconductor material capable of emitting high brightness from ultraviolet to red as a material of a light emitting element. In particular, a light emitting device capable of emitting ultraviolet rays and a light emitting device capable of emitting blue, blue-green, green, etc. capable of emitting ultra-high brightness of 1000 mcd or more have been developed and have begun to be used as full-color or multi-color LED displays. There is. At present, it is extremely difficult to form a light emitting element that emits yellow or red light having a longer wavelength with high brightness by using a nitride semiconductor. Therefore, it is difficult to form a red light emitting layer using GaP, AlGaInP, GaAsP or the like as a light emitting layer material. The present situation is to realize a full-color display and the like in combination with a light emitting element capable of emitting yellow light with high brightness.

【0003】しかしながら、RGB(赤、緑、青)が発
光可能な発光素子を異なる半導体材料で形成させると、
半導体材料による電気的や光学的など各種特性が異なっ
てくる。例えば、窒化物半導体は現在のところ他の半導
体材料を利用した発光素子よりも駆動電圧が高い。その
ため、半導体材料の異なる発光素子を同時に利用する場
合は電源電圧から別々に設計しなければならない。ま
た、昇温、冷却に伴い発光光度が変化するが半導体材料
ごとに著しくその特性が異なる。そのため、同一半導体
材料を用いて紫外域から可視光の長波長である赤色など
種々の発光スペクトルを高出力で発光可能な半導体発光
素子が切望されている。
However, when light emitting elements capable of emitting RGB (red, green, blue) light are formed from different semiconductor materials,
Various characteristics such as electrical and optical are different depending on the semiconductor material. For example, nitride semiconductors currently have higher driving voltage than light emitting devices using other semiconductor materials. Therefore, when light emitting elements having different semiconductor materials are used at the same time, they must be designed separately from the power supply voltage. Further, the luminous intensity changes with temperature rise and cooling, but the characteristics remarkably differ depending on the semiconductor material. Therefore, there is a strong demand for a semiconductor light emitting device that can emit various emission spectra such as red, which is a long wavelength of visible light, from ultraviolet region to high output, using the same semiconductor material.

【0004】発光層に窒化物半導体を利用した発光素子
の一例を図2に示す。この発光素子は可視光の短波長側
である緑色までを高輝度に発光することができる。具体
的にはサファイア基板213上に、GaN、AlN、G
aAlNなどを低温で成膜させたバッファ層208、n
型電極が形成されるコンタクト層を形成させる下地層2
07、n型電極が形成されるコンタクト層206、n型
不純物が変調ドープされた多層膜205、障壁層となる
GaN203と井戸層となるInGaN202を交互に
積層させ多重量子井戸構造とされる活性層が形成されて
いる。活性層上にはp型クラッド層としてp型ドーパン
トであるMgをドープさせたAlGaNとGaNの多層
膜204、p型コンタクト層としてMgドープさせたG
aN層209を積層させてある。p型及びn型の各コン
タクト層を露出させた後各コンタクト層にそれぞれ電極
210、211、212を形成させた発光素子を構成さ
せることができる。
An example of a light emitting device using a nitride semiconductor for the light emitting layer is shown in FIG. This light emitting element can emit light up to green, which is the short wavelength side of visible light, with high brightness. Specifically, on the sapphire substrate 213, GaN, AlN, G
A buffer layer 208, n formed of aAlN or the like at a low temperature
Base layer 2 for forming a contact layer on which a mold electrode is formed
07, a contact layer 206 on which an n-type electrode is formed, a multilayer film 205 modulation-doped with n-type impurities, an active layer having a multiple quantum well structure by alternately stacking a GaN 203 that serves as a barrier layer and an InGaN 202 that serves as a well layer. Are formed. On the active layer, a multilayer film 204 of AlGaN and GaN doped with Mg, which is a p-type dopant, is used as a p-type clad layer, and G doped with Mg is used as a p-type contact layer.
The aN layer 209 is laminated. A light emitting device can be formed by exposing the p-type and n-type contact layers and then forming the electrodes 210, 211, and 212 on the contact layers, respectively.

【0005】発光素子から放出される発光スペクトルは
発光層である活性層を構成する半導体のバンドギャップ
によって依存するため、活性層に含有されるInの量を
多くすることでより長波長の半導体発光素子を構成する
ことができる。また、発光層の少なくとも一方にAlG
aNを成膜することで発光波長を長くすることもでき
る。特にAlの量を多くすることでより長波長の半導体
発光素子を構成することができる。
Since the emission spectrum emitted from the light emitting device depends on the band gap of the semiconductor forming the active layer, which is the light emitting layer, by increasing the amount of In contained in the active layer, semiconductor light emission of longer wavelength is achieved. The element can be constructed. In addition, AlG is formed on at least one of the light emitting layers.
The emission wavelength can be lengthened by forming aN. In particular, by increasing the amount of Al, a semiconductor light emitting device having a longer wavelength can be constructed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発光層
に含有されるIn量が増えるにつれ、窒化物半導体の結
晶性が著しく低下する傾向にある。そのため、緑色から
より長波長のスペクトルを発する窒化物半導体発光素子
においては、輝度が極端に低下する或いは発光しないと
いう問題が生ずる。同様に、発光層の少なくとも一方に
形成させたAlGaN層のAl混晶比を増やすにつれ、
使用環境によっては出力低下を招く或いは発光しないと
いう問題が生ずる。特に、使用用途の広がりと共に種々
の分野に利用され始めている発光素子においては大きな
問題となる。従って、本発明は例えば可視光における緑
色よりもより長波長の発光スペクトルを信頼性よく高輝
度に発光可能な窒化物半導体発光素子を提供することに
ある。
However, as the amount of In contained in the light emitting layer increases, the crystallinity of the nitride semiconductor tends to significantly decrease. Therefore, in a nitride semiconductor light emitting device that emits a spectrum of wavelengths longer than green, there arises a problem that the brightness is extremely lowered or no light is emitted. Similarly, as the Al mixed crystal ratio of the AlGaN layer formed on at least one of the light emitting layers is increased,
Depending on the usage environment, there is a problem that the output is reduced or no light is emitted. In particular, it becomes a big problem in the light emitting element which has begun to be used in various fields as the usage is expanded. Therefore, the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device capable of emitting a light emission spectrum having a longer wavelength than that of green light in visible light with high reliability and high brightness.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体素
子は、p型窒化物半導体とn型窒化物半導体との間にI
nとGaとを含む窒化物半導体を包含する活性層を有す
る窒化物半導体発光素子であって、前記窒化物半導体発
光素子は、前記活性層のn型窒化物半導体側とp型窒化
物半導体側の少なくとも一方にBGa(1―x)N層
(但し、0<x≦1である)を有しており、前記活性層
は、GaNとInGaNよりなる量子井戸構造であると
共に、その両端がGaNであることを特徴とする。ま
た、基板側から順に、n型窒化物半導体と、InとGa
とを含む窒化物半導体を包含する活性層と、p型窒化物
半導体と、を有する窒化物半導体発光素子であって、前
記窒化物半導体発光素子は、前記活性層のp型窒化物半
導体側にBGa(1―x)N層(但し、0<x≦1で
ある)を有しており、かつ、前記活性層のn型窒化物半
導体側にBGa(1―x)N層(但し、0<x≦1で
ある)を有しないことを特徴とする。これにより、発光
層の結晶性を維持させながら、より長波長の発光スペク
トルを発光可能な窒化物半導体発光素子を構成すること
ができると共に高温高湿下においても長期にわたって高
輝度が発光可能な窒化物半導体発光素子として信頼性を
維持することができる。
A nitride semiconductor device according to the present invention is provided with an I-type between a p-type nitride semiconductor and an n-type nitride semiconductor.
A nitride semiconductor light emitting device having an active layer containing a nitride semiconductor containing n and Ga, wherein the nitride semiconductor light emitting device comprises an n-type nitride semiconductor side and a p-type nitride semiconductor side of the active layer. At least one of them has a B x Ga (1-x) N layer (where 0 <x ≦ 1), and the active layer has a quantum well structure composed of GaN and InGaN, and both ends thereof. Is GaN. In addition, an n-type nitride semiconductor, In, and Ga are sequentially arranged from the substrate side.
A nitride semiconductor light emitting device comprising: an active layer including a nitride semiconductor including: and a p-type nitride semiconductor, wherein the nitride semiconductor light emitting device is on the p-type nitride semiconductor side of the active layer. A B x Ga (1-x) N layer (where 0 <x ≦ 1), and a B x Ga (1-x) N layer on the n-type nitride semiconductor side of the active layer. It is characterized by not having (however, 0 <x ≦ 1). This makes it possible to construct a nitride semiconductor light emitting device capable of emitting a longer wavelength emission spectrum while maintaining the crystallinity of the light emitting layer, and at the same time, capable of emitting high brightness light for a long period of time even under high temperature and high humidity. Reliability can be maintained as a semiconductor light emitting device.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】本発明者は種々の実験の結果、I
nとGaとを含有する窒化物半導体を包含する発光層の
少なくとも一方に特定の窒化物半導体層を形成させるこ
とにより、発光層のバンドギャップから計算される発光
波長の理論値よりも長波長にすることができると共に信
頼性の高い発光素子とすることができることを見出し本
発明を成すに至った。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION As a result of various experiments, the present inventor
By forming a specific nitride semiconductor layer on at least one of the light emitting layers containing a nitride semiconductor containing n and Ga, the wavelength becomes longer than the theoretical value of the emission wavelength calculated from the band gap of the light emitting layer. The inventors have found that the light-emitting element can be manufactured with high reliability and can complete the present invention.

【0009】即ち、本発明による効果は定かではない
が、格子定数の違う同族系の元素からなる特定の層を発
光層の少なくとも一方に配置させることにより発光素子
から放出される発光波長をより長波長側とすることがで
きる。また、長波長側にするために特定の層を構成する
元素濃度を増やした場合、元素によっては発光素子の信
頼性等の特性に大きな影響を与えることを見出したもの
である。
That is, although the effect of the present invention is not clear, the emission wavelength emitted from the light emitting element can be made longer by disposing a specific layer made of a homologous element having a different lattice constant in at least one of the light emitting layers. It can be on the wavelength side. It was also found that, when the concentration of the element forming the specific layer is increased in order to make the wavelength longer, some elements have a great influence on the characteristics such as reliability of the light emitting element.

【0010】GaAlNを発光層の少なくとも一方に形
成させると発光層のバンドギャップから計算される発光
波長の理論値よりも長波長とすることができる。従っ
て、より長波長の発光素子を形成させるためにはAl含
有量を増やせばよい。
When GaAlN is formed on at least one of the light emitting layers, the wavelength can be made longer than the theoretical value of the light emission wavelength calculated from the band gap of the light emitting layer. Therefore, the Al content may be increased in order to form a light emitting device having a longer wavelength.

【0011】しかし、活性層から放出される理論上の発
光波長をより長波長とするために発光層の少なくとも一
方に形成させたGaAlN層のAlの含有量を増やした
場合、形成された窒化物半導体発光素子は高温高湿下に
おいては急激に輝度が低下する傾向にある。これは外部
からの酸素の浸入による酸化等により急激にGaAlN
層の膜質が低下するためと考えられる。本出願人はGa
AlN層よりも高温高湿下等においても安定したBx
(1-x)N層を活性層の少なくとも一方に設けることに
より信頼性を維持させつつ、窒化物半導体発光素子の発
光波長をより長波長にすることができるものである。
However, when the Al content of the GaAlN layer formed on at least one of the light emitting layers is increased in order to make the theoretical light emission wavelength emitted from the active layer longer, a nitride formed is formed. The brightness of a semiconductor light emitting element tends to drastically decrease under high temperature and high humidity. This is due to the sudden increase of GaAlN due to oxidation caused by the intrusion of oxygen from the outside.
It is considered that the film quality of the layer deteriorates. The applicant is Ga
Stable B x G even under high temperature and high humidity than AlN layer
By providing the a (1-x) N layer on at least one of the active layers, the emission wavelength of the nitride semiconductor light emitting device can be made longer while maintaining reliability.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳述するが本発明はこれのみに限られるものでないこ
とはいうまでもない。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail, but it goes without saying that the present invention is not limited thereto.

【0013】(実施例1)本発明の窒化物半導体からな
る発光素子をMOCVD法を用いて予め洗浄したサファ
イア基板上に成膜させた。なお、窒化物半導体を形成さ
せる基板としてはサファイア基板の他、スピネル、窒化
ガリウム単結晶、炭化珪素など所望に応じて種々のもの
を選択することができる。まず、MOCVD装置の反応
容器内にサファイア基板を配置させて水素ガスを流しな
がら800℃でベーキングさせクリーニングする。
(Example 1) A light emitting device made of the nitride semiconductor of the present invention was formed into a film on a sapphire substrate which had been previously cleaned by MOCVD. In addition to the sapphire substrate, various substrates such as spinel, gallium nitride single crystal, and silicon carbide can be selected as the substrate on which the nitride semiconductor is formed, as desired. First, a sapphire substrate is placed in a reaction vessel of an MOCVD apparatus and baked at 800 ° C. while flowing hydrogen gas for cleaning.

【0014】次に、原料ガスとしてTMG(トリメチル
ガリウム)ガス、アンモニアガス及びキャリアガスとし
て窒素ガスを流し、基板温度550℃でサファイア基板
上にバッファ層としてGaNを厚さ150Åで成膜させ
た。バッファ層はその上に形成させる窒化物半導体層の
結晶性を向上させるために設けられるものであり、Ga
Nの他、AlNやGaAlNを低温で形成させることが
できる。
Next, TMG (trimethylgallium) gas as a source gas, ammonia gas, and nitrogen gas as a carrier gas were made to flow, and GaN was deposited as a buffer layer on the sapphire substrate at a substrate temperature of 550 ° C. with a thickness of 150 Å. The buffer layer is provided to improve the crystallinity of the nitride semiconductor layer formed on the buffer layer.
Besides N, AlN or GaAlN can be formed at a low temperature.

【0015】バッファ層を成膜後、原料ガスの流入を止
め成膜温度を1050℃に上げて、再び、原料ガスとし
てTMG、アンモニアガス及びキャリアガスとして窒素
ガスを流しn型GaNを厚さ1.5μmで成膜させた。
After forming the buffer layer, the flow of the raw material gas is stopped, the film forming temperature is raised to 1050 ° C., and TMG, ammonia gas and nitrogen gas as the carrier gas are made to flow again to make the n-type GaN layer 1 thick. The film was formed to a thickness of 0.5 μm.

【0016】続いて、n型GaN上にn型電極を形成さ
せるn型GaN層を成膜させる。成膜温度を維持させた
まま、原料ガスとしてTMG、アンモニアガス、キャリ
アガスとして窒素ガス及びシランガスを流しn+型Ga
Nを厚さ2.3μmで成膜させた。
Then, an n-type GaN layer for forming an n-type electrode is formed on the n-type GaN. While maintaining the film forming temperature, TMG, ammonia gas as a source gas, nitrogen gas and a silane gas as a carrier gas were flown to produce n + type Ga.
A film of N having a thickness of 2.3 μm was formed.

【0017】成膜温度を維持させたまま、n+型GaN
上に原料ガスとしてTMG、窒素ガス及びキャリアガス
として水素ガスを流しアンドープのGaNとSiドープ
のGaNを20周期でそれぞれ成膜させる。なお、Ga
N層は、n型不純物となるSiの不純物濃度が異なる変
調ドープとしてある。
N + type GaN while maintaining the film formation temperature
TMG as a source gas, nitrogen gas, and hydrogen gas as a carrier gas are flown thereover to form undoped GaN and Si-doped GaN in 20 cycles, respectively. Note that Ga
The N layer is a modulation dope having different impurity concentrations of Si, which is an n-type impurity.

【0018】次に、本発明の特定の層として活性層に歪
みを導入させるBGaN層を厚さ100Åで成膜させ
る。成膜温度を1050℃として原料ガスをTMG、ア
ンモニアガス、TEB(トリエチルボロン)ガス、キャ
リアガスとして窒素ガス及びシランガスを流して厚さ1
00ÅのB0.2 Ga0.8N層を成膜させる。本発明の歪
み導入層は活性層の平均熱膨張率よりも小さく、活性層
の少なくとも一方に形成させることによって発光波長を
長波長にすることができる。活性層にゆがみを導入させ
るためには、同じ膜厚であればBの含有量を増やすこと
で発光素子からの発光波長をより長波長とすることがで
きる。同様に、同じ組成であれば膜厚を厚くさせること
により発光素子から放出される発光波長をより長波長に
させることができる。
Next, as a specific layer of the present invention, a BGaN layer for introducing strain into the active layer is formed to a thickness of 100 Å. The film thickness is set to 1050 ° C., the source gas is TMG, ammonia gas, TEB (triethylboron) gas, and nitrogen gas and silane gas are flown as a carrier gas to give a thickness of 1
A B 0.2 Ga 0.8 N layer of 00Å is deposited. The strain introduction layer of the present invention is smaller than the average thermal expansion coefficient of the active layer, and the emission wavelength can be made longer by forming it on at least one of the active layers. In order to introduce distortion into the active layer, the emission wavelength from the light emitting element can be made longer by increasing the content of B if the thickness is the same. Similarly, if the composition is the same, the emission wavelength emitted from the light emitting element can be made longer by increasing the film thickness.

【0019】従って、BxGa(1-x)N層は、その上に形
成される活性層など窒化物半導体の結晶性を損なわない
限り厚みを厚くすることができる。具体的には5Åから
1000Åが好ましく、より好ましくは、20Åから2
50Åである。同様にBの組成比は0<x≦1とするこ
とができるが、より好ましくは0<x≦0.4である。
本発明において更に好ましくは0.1≦x≦0.3にお
いて結晶性や信頼性を低下させることない窒化物半導体
発光素子を構成することができる。
Therefore, the B x Ga.sub. (1-x) N layer can be thickened as long as the crystallinity of the nitride semiconductor such as the active layer formed thereon is not impaired. Specifically, it is preferably 5Å to 1000Å, more preferably 20Å to 2
It is 50Å. Similarly, the composition ratio of B can be 0 <x ≦ 1, but more preferably 0 <x ≦ 0.4.
In the present invention, more preferably, when 0.1 ≦ x ≦ 0.3, it is possible to configure a nitride semiconductor light emitting device that does not deteriorate the crystallinity and reliability.

【0020】続いて、B0.2Ga0.8N層上には活性層と
して250ÅのGaNと厚さ30ÅのInGaNを6周
期繰り返した多重量子井戸構造であり、両端がGaNで
ある活性層を構成する。
Subsequently, on the B 0.2 Ga 0.8 N layer, an active layer having a multiple quantum well structure in which 250 Å GaN and 30 Å thickness of InGaN are repeated 6 cycles as an active layer, and GaN is formed at both ends is formed.

【0021】具体的には、成膜温度を1050℃に維持
したまま、変調ドープしたGaN層上に原料ガスとして
TMGガス、アンモニアガス及びキャリアガスとして窒
素ガスを流しアンドープのGaNを30Åで成膜させ
る。続いて、キャリアガスだけを流しながら、成膜温度
を800℃にまで下げる。原料ガスとしてTMI(トリ
メチルインジウム)ガス、TMGガス、窒素ガス及びキ
ャリアガスとして水素ガスを流し、アンドープのIn
0.8Ga0.2Nを250Åで成膜させる。これを、6周期
繰り返した後、最後に成膜温度を1050℃にし、原料
ガスとしてTMGガス、アンモニアガス及びキャリアガ
スとして窒素ガスを流しアンドープのGaNを30Åで
成膜させ活性層を形成させる。なお、本実施例において
多重量子井戸構造の窒化物半導体発光素子において説明
するが、厚さが約3nmであるInGaN層などをIn
が含有された単一量子井戸構造の発光層として窒化物半
導体発光素子に利用することもできる。また、本発明は
多重量子井戸構造における井戸層のIn組成を層によっ
て異ならしめた多色発光可能な発光素子にも利用するこ
ともできる。この場合、より長波長を発光させたい井戸
層側にBxGa1-xN層を設けることが好ましい。さら
に、本発明においてはInの組成比が増えると発光層を
形成させることが極めて難しくなるためInaGa1-a
におけるInの組成比aが0.5より大きい場合におい
て特に顕著な効果がある。
Specifically, while maintaining the film formation temperature at 1050 ° C., TMG gas as a source gas, ammonia gas, and nitrogen gas as a carrier gas are flown on the modulation-doped GaN layer to form an undoped GaN film at 30 Å. Let Then, the film forming temperature is lowered to 800 ° C. while flowing only the carrier gas. TMI (trimethylindium) gas, TMG gas, nitrogen gas as a source gas, and hydrogen gas as a carrier gas were flown to obtain undoped In
A film of 0.8 Ga 0.2 N is formed at 250 Å. After repeating this 6 cycles, the film forming temperature is finally set to 1050 ° C., TMG gas as a source gas, ammonia gas and nitrogen gas as a carrier gas are caused to flow to form an undoped GaN film at 30 Å to form an active layer. In this example, a nitride semiconductor light emitting device having a multiple quantum well structure will be described. InGaN layers and the like having a thickness of about 3 nm are used as In layers.
It can also be used in a nitride semiconductor light emitting device as a light emitting layer having a single quantum well structure containing. The present invention can also be used in a light emitting device capable of emitting multicolor light in which the In composition of the well layer in the multiple quantum well structure is made different. In this case, it is preferable to provide the B x Ga 1-x N layer on the well layer side where it is desired to emit longer wavelength light. Further, in the present invention, when the composition ratio of In increases, it becomes extremely difficult to form a light emitting layer, so In a Ga 1 -a N
In particular, when the composition ratio a of In is larger than 0.5, the effect is particularly remarkable.

【0022】次に、上述のB0.2Ga0.8N層を活性層上
にn型不純物であるシランガスを導入せずに、厚さを2
0Åとした以外は同様にして形成させる。なお、ここで
導電型を決定する不純物を導入させなかったが所望に応
じてn型、p型の不純物を導入させることもできる。活
性層に接してBxGa1-xN層が形成される場合は、活性
層に余分な不純物が導入されることを防止するためにノ
ンドープとすることができる。他方、ノンドープとする
と短絡電流が少なくなり耐電圧が向上するものの、抵抗
成分が増えるため所望に応じて各種不純物元素を添加す
ることもできる。BxGa1-xN層は、各導電型の不純物
元素を添加してもよいし、例えばp型不純物となるMg
とn型不純物となるSiを同時に混入させてもよい。さ
らに、層内に均一に分布させるのではなく膜厚方向に置
いて組成比を傾斜的にドープさせることもできる。さら
に、所望に応じて発光層を構成する井戸層間に設けるこ
ともできる。また、BGaN層に耐候性を損なわない限
り、さらにAlを含有させBxAlyGa1-x-yN層とす
ることもできる。この場合、Alの組成比y<0.2と
することで長波長にしつつ耐候性をある程度保持するこ
とが可能である。なお、本発明においては特に断らない
限り、BxGa1-xN層においてAlを含む場合を除外す
るものではない。同様に長波長にしつつ耐候性を保持で
きるものであれば他の元素を混入させることもできる。
Next, the above-mentioned B 0.2 Ga 0.8 N layer was formed to a thickness of 2 without introducing silane gas, which is an n-type impurity, on the active layer.
It is formed in the same manner except that it is set to 0Å. Although the impurities that determine the conductivity type are not introduced here, it is also possible to introduce n-type and p-type impurities as desired. When the B x Ga 1-x N layer is formed in contact with the active layer, it can be made non-doped in order to prevent excessive impurities from being introduced into the active layer. On the other hand, when non-doped, the short-circuit current is reduced and the withstand voltage is improved, but since the resistance component increases, various impurity elements can be added as desired. The B x Ga 1-x N layer may be doped with an impurity element of each conductivity type, for example, Mg that becomes a p-type impurity.
And Si that is an n-type impurity may be mixed at the same time. Further, instead of being uniformly distributed in the layer, it is possible to dope the composition ratio in a gradient direction by placing it in the film thickness direction. Further, it may be provided between well layers forming the light emitting layer, if desired. Further, as long as they do not impair the weather resistance BGaN layer may further contain a Al and B x Al y Ga 1-xy N layer. In this case, by setting the Al composition ratio y <0.2, it is possible to maintain the weather resistance to some extent while making the wavelength longer. Unless otherwise specified in the present invention does not exclude a case containing Al in B x Ga 1-x N layer. Similarly, other elements can be mixed as long as the wavelength resistance is maintained and the weather resistance is maintained.

【0023】続いて、p型クラッド層として厚さ40Å
でMgドープのAlGaNと厚さ25ÅでMgドープの
InGaNを5回繰り返した超格子p型クラッド層を形
成させる。成膜温度を1050℃に維持したまま、原料
ガスとしてTMGガス、TMA(トリメチルアルミニウ
ム)ガス、アンモニアガス、キャリアガスとして窒素ガ
ス及びp型ドーパントしてCp2Mg(シクロペンタジ
エニルマグネシウム)ガスを導入してp型AlGaNを
40Åで成膜させる。
Subsequently, the p-type clad layer has a thickness of 40Å
Then, a superlattice p-type clad layer is formed by repeating Mg-doped AlGaN and Mg-doped InGaN with a thickness of 25 Å five times. While maintaining the film formation temperature at 1050 ° C., TMG gas, TMA (trimethylaluminum) gas, ammonia gas as a source gas, nitrogen gas as a carrier gas, and Cp 2 Mg (cyclopentadienyl magnesium) gas as a p-type dopant are used. It is introduced to form p-type AlGaN at 40 Å.

【0024】最後に成膜温度を1050℃に維持したま
ま原料ガスをTMGガス、アンモニアガス、キャリアガ
スとして窒素ガス及び不純物ガスとしてCp2Mgを流
しp型コンタクト層としてMgドープのGaNを成膜さ
せる。
Finally, while maintaining the film formation temperature at 1050 ° C., TMG gas, ammonia gas, nitrogen gas as a carrier gas and Cp 2 Mg as an impurity gas are flown as a source gas to form a Mg-doped GaN film as a p-type contact layer. Let

【0025】窒化物半導体ウエハを成膜後、RIE(リ
アクティブイオンエッチング)によりn型コンタクト層
までが一部露出できるように活性層などを除去する。そ
の後、p型及びn型の各コンタクト層にスパッタリング
を用いてp型及びn型の各電極を形成させる。なお、p
型コンタクト層には透光性電極とその上のp型パッド電
極とを形成させてある。窒化物半導体ウエハをスクライ
ブして各LEDチップを形成させる。
After forming the nitride semiconductor wafer, the active layer and the like are removed by RIE (reactive ion etching) so that the n-type contact layer can be partially exposed. Then, p-type and n-type electrodes are formed on the p-type and n-type contact layers by sputtering. Note that p
A transparent electrode and a p-type pad electrode formed thereon are formed on the mold contact layer. The nitride semiconductor wafer is scribed to form each LED chip.

【0026】こうして形成された図1の如き、発光素子
は発光層に含有されたInの組成比から理論的に計算さ
れる発光波長よりも長波長の発光が可能な発光素子とし
て形成させることができる。
The light emitting device thus formed as shown in FIG. 1 can be formed as a light emitting device capable of emitting light having a wavelength longer than the emission wavelength theoretically calculated from the composition ratio of In contained in the light emitting layer. it can.

【0027】(比較例1)実施例1において、B0.2
0.8N層の代わりにAlGaN層を形成させた以外は
同様にして発光素子を形成させた。共に発光波長である
主発光ピークが約580nmの発光素子を形成させた。
なお、この段階でBGaN層を用いた窒化物半導体発光
素子はAlGaN層を用いた窒化物半導体発光素子に比
べて1.7倍以上の明るさがあった。このときのBの組
成比xは0.2であり、Alの組成比はyは0.2であ
った。
(Comparative Example 1) In Example 1, B 0.2 G
A light emitting device was formed in the same manner except that an AlGaN layer was formed instead of the a 0.8 N layer. A light emitting device having a main emission peak of about 580 nm, which is an emission wavelength for both, was formed.
At this stage, the brightness of the nitride semiconductor light emitting device using the BGaN layer was 1.7 times or more that of the nitride semiconductor light emitting device using the AlGaN layer. At this time, the composition ratio x of B was 0.2 and the composition ratio y of Al was 0.2.

【0028】各発光素子に電力を供給しつつ、20℃、
RH60、1h及び80℃、RH50、1hを1000
サイクル行い1000個ずつの平均で耐候試験を行っ
た。B 0.2Ga0.8N層の代わりにAl0.2Ga0.8N層を
用いた比較例の発光素子では約70%が発光不能になっ
ていたのに比べ、本発明の発光素子は不灯となった発光
素子はわずか3%にしかすぎなかった。これにより本発
明の発光素子が長波長を発光することができると共に信
頼性の高い窒化物半導体発光素子であることが分かる。
While supplying power to each light emitting element,
RH60, 1h and 80 ℃, RH50, 1h 1000
Cycled and weathered on average of 1000 pieces
It was B 0.2Ga0.8Al instead of N layer0.2Ga0.8N layers
Approximately 70% of the light emitting elements used in the comparative example cannot emit light.
However, the light emitting element of the present invention emits no light.
The device was only 3%. With this
The bright light emitting element can emit long wavelength light and
It can be seen that this is a highly reliable nitride semiconductor light emitting device.

【0029】(実施例2)本発明の実施例1において、
活性層下のB0.2Ga0.8N層の代わりにB0.1Ga0.9
層を用い活性層上のB0.2Ga0.8N層を形成させなかっ
た以外は実施例1と同様に窒化物半導体発光素子を形成
させた。実施例2の発光素子は実施例1に比べ短波長で
あったものの実施例1と同様に優れた耐候性を示した。
(Example 2) In Example 1 of the present invention,
Instead of the B 0.2 Ga 0.8 N layer below the active layer, B 0.1 Ga 0.9 N
A nitride semiconductor light emitting device was formed in the same manner as in Example 1 except that the B 0.2 Ga 0.8 N layer on the active layer was not formed using the layer. The light emitting device of Example 2 had a shorter wavelength than that of Example 1, but showed excellent weather resistance as in Example 1.

【0030】(実施例3)本発明の実施例1において、
活性層下のB0.2Ga0.8N層を形成させず、活性層上の
0.2Ga0.8N層の代わりに250ÅのB0.4Ga0.6
層を用いた以外は実施例1と同様にして窒化物半導体発
光素子を形成する。実施例3の発光素子は実施例2に比
べ長波長であり、実施例1及び実施例2と同様に優れた
耐候性を示す。
Example 3 In Example 1 of the present invention,
The B 0.2 Ga 0.8 N layer below the active layer is not formed, and 250 Å B 0.4 Ga 0.6 N is used instead of the B 0.2 Ga 0.8 N layer above the active layer.
A nitride semiconductor light emitting device is formed in the same manner as in Example 1 except that the layers are used. The light emitting device of Example 3 has a longer wavelength than that of Example 2, and exhibits excellent weather resistance as in Examples 1 and 2.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明は、窒化物半導体発光素子におけ
るInを含む発光層の少なくとも一方にBxGa(1-x)
層を設けることにより、Inの組成比から考えられる理
論値よりも長波長の発光スペクトルが発光可能であり、
且つ使用環境によらず信頼性の高い窒化物半導体発光素
子とすることができる。
According to the present invention, B x Ga (1-x) N is formed in at least one of the light emitting layers containing In in the nitride semiconductor light emitting device.
By providing the layer, it is possible to emit an emission spectrum having a wavelength longer than the theoretical value considered from the In composition ratio,
In addition, a highly reliable nitride semiconductor light emitting device can be obtained regardless of the use environment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の窒化物半導体発光素子の模式的断面
図を示す。
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a nitride semiconductor light emitting device of the present invention.

【図2】 本発明と比較のために示す窒化物半導体発光
素子の模式的断面図を示す。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a nitride semiconductor light emitting device shown for comparison with the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100・・・発光層の上に形成されたBxGa(1-x)N層 101・・・発光層の下に形成されたBxGa(1-x)N層 102・・・発光層を構成する井戸層 103・・・発光層を構成する障壁層 104・・・p型クラッド層 105・・・n型不純物が変調ドープされた多層膜 106・・・n型電極が形成されるコンタクト層 107・・・n型電極が形成されるコンタクト層を形成
させる下地層 108・・・バッファ層 109・・・p型コンタクト層 110・・・透光性電極 111・・・p型パッド電極 112・・・n型パッド電極 113・・・サファイア基板 202・・・発光層を構成する井戸層 203・・・発光層を構成する障壁層 204・・・p型クラッド層 205・・・n型不純物が変調ドープされた多層膜 206・・・n型電極が形成されるコンタクト層 207・・・n型電極が形成されるコンタクト層を形成
させる下地層 208・・・バッファ層 209・・・p型コンタクト層 210・・・透光性電極 211・・・p型パッド電極 212・・・n型パッド電極 213・・・サファイア基板
100 ... formed on the light emitting layer B x Ga (1-x) B is formed below the N layer 101 ... light-emitting layer x Ga (1-x) N layer 102, ... light-emitting layer A well layer 103 constituting a light-emitting layer, a barrier layer 104 constituting a light-emitting layer, a p-type cladding layer 105, a multi-layer film 106 in which an n-type impurity is modulation-doped, and a contact in which an n-type electrode is formed. Layer 107 ... Base layer 108 forming a contact layer on which an n-type electrode is formed ... Buffer layer 109 ... P-type contact layer 110 ... Translucent electrode 111 ... P-type pad electrode 112 ... n-type pad electrode 113 ... sapphire substrate 202 ... well layer 203 forming a light-emitting layer ... barrier layer 204 forming a light-emitting layer ... p-type clad layer 205 ... n-type impurities Modulation-doped multilayer film 206 ... An n-type electrode is formed. Contact layer 207 ... Base layer 208 for forming contact layer on which n-type electrode is formed ... Buffer layer 209 ... P-type contact layer 210 ... Translucent electrode 211 ... P-type pad Electrode 212 ... N-type pad electrode 213 ... Sapphire substrate

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 p型窒化物半導体とn型窒化物半導体と
の間にInとGaとを含む窒化物半導体を包含する活性
層を有する窒化物半導体発光素子であって、 前記窒化物半導体発光素子は、前記活性層のn型窒化物
半導体側とp型窒化物半導体側の少なくとも一方にB
Ga(1―x)N層(但し、0<x≦1である)を有し
ており、 前記活性層は、GaNとInGaNよりなる量子井戸構
造であると共に、その両端がGaNであることを特徴と
する窒化物半導体発光素子。
1. A nitride semiconductor light emitting device having an active layer containing a nitride semiconductor containing In and Ga between a p-type nitride semiconductor and an n-type nitride semiconductor, wherein the nitride semiconductor light emission is performed. The device has B x on at least one of an n-type nitride semiconductor side and a p-type nitride semiconductor side of the active layer.
It has a Ga (1-x) N layer (where 0 <x ≦ 1), and the active layer has a quantum well structure composed of GaN and InGaN, and both ends thereof are GaN. A characteristic nitride semiconductor light emitting device.
【請求項2】 基板側から順に、n型窒化物半導体と、
InとGaとを含む窒化物半導体を包含する活性層と、
p型窒化物半導体と、を有する窒化物半導体発光素子で
あって、 前記窒化物半導体発光素子は、前記活性層のp型窒化物
半導体側にBGa(1―x)N層(但し、0<x≦1
である)を有しており、かつ、前記活性層のn型窒化物
半導体側にBGa(1―x)N層(但し、0<x≦1
である)を有しないことを特徴とする窒化物半導体発光
素子。
2. An n-type nitride semiconductor, in order from the substrate side,
An active layer containing a nitride semiconductor containing In and Ga;
a p-type nitride semiconductor, a nitride semiconductor light emitting device having the nitride semiconductor light emitting device, the p-type nitride semiconductor side B x Ga (1-x) N layer of the active layer (where 0 <x ≦ 1
B x Ga (1-x) N layer (where 0 <x ≦ 1 ) on the n-type nitride semiconductor side of the active layer.
The nitride semiconductor light emitting device is characterized in that
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